新疆巴楚地区奥陶纪中下统地层中造礁、附礁生物化石的发现及意义＊

2022-09-27苏学龙于国辉艾孜孜伊力哈木

甘肃科技 2022年11期

苏学龙，于国辉，艾孜孜·伊力哈木

（喀什大学生命与地理科学学院，新疆喀什 844000）

1 概述

生物礁是造礁生物原地聚集形成的一种能够抵御风浪的块状或丘状生物岩体，对于油气田勘探有重要意义[1]。塔里木盆地生物礁的分类、形成因素、分布特征一直是石油地质学家关注和研究的重点[2]。前人对奥陶纪生物礁进行了大量研究，并取得可观成果，如李越等[3-4]初步总结了寒武纪到奥陶纪辐射演化的过程中海洋造礁生物也得到发展，此过程经历了瓶筐石—苔藓虫—石海绵动物型和珊瑚—层孔海绵动物型两次标志性事件，且在塔里木地区也有印证；李明明等[5]对巴楚生物礁研究发现，中上奥陶统阶段巴楚地区生态环境非常适宜生物礁的发育及海洋居礁生物的生存；蔡习尧等[6]、徐康等[7]、Meng等[8]研究表明在巴楚隆起区内断裂带方向大致为NW－SE其中含大量生物建隆和生物层礁，且由达吾孜塔格向唐王城方向减少最终被生物滩取代。地层中的主要造礁生物为苔藓虫、海绵累、棘皮类动物、Calathium（瓶筐石）类，附礁生物主要是双壳类、腹足类、腕足类、三叶虫，生物礁的产生和发展受到这些生物礁群落的控制。

奥陶纪碳酸盐岩地层在巴楚一间房、良里塔格、大坂塔格等断层中出露较好，该地区也是研究奥陶纪古生物和古地理的重要地区，但对于化石属种特征、分布反映的古盐度、古水温、古生态等方面的研究较少，此类研究对沉积相和沉积环境具有重要意义。基于此本研究在前人研究的基础上，结合在巴楚一间房附近和大坂塔格采集的化石标本，对化石外部形态、组合及其指示的环境意义进行了深入研究，旨在加强巴楚地区奥陶纪地层中部分地质现象的解释，为塔里木盆地奥陶纪生物礁环境及古生态提供宝贵证据。

2 地质背景及地层情况

巴楚隆起位于塔里木盆地西北缘，其构造总体受塔里木盆地构造控制。从晚震旦纪到奥陶纪盆地构控制。从晚震旦纪到奥陶纪盆地构造为被动陆缘盆地阶段，盆地前后经历了加里东、海西、印之—燕山、喜马拉雅构造运动，其中加里东构造运动对巴楚隆起区的奥陶纪碳酸盐岩古地理和沉积环境起重要作用[9]。且奥陶纪全球暖水台地分布广泛，生物大爆发的背景使得塔里木盆地中部隆起区中上奥陶统发育大量暖水礁滩及大量古生物群，是当时海洋生态和生物演化的有力证据[10]。

研究区位于巴楚东北部，见图1。通过对采集化石组合和岩性分析，大坂塔格发现的化石产自鹰山组，良里塔格采集的化石产自一间房组。由于奥陶纪巴楚隆起的抬升吐木休克组与一间房组部分地层缺失，一间房组下部鹰山组之间也部分缺失。一间房组岩性较单一，为灰色灰岩、棘屑灰岩、生屑泥晶灰岩、瓶筐类礁灰岩，局部夹砂屑灰岩，化石主要为棘屑，托盘类，少量藻屑、钙质骨针、三叶虫、腕足等，可划分为Pygod us serra 带、Eolacognath us crassus 带、Lenodus variabilis 带、Microzarkodina parva四个牙形石带。鹰山组岩性为浅褐、褐灰、灰色灰岩为主，夹灰色灰质白云岩、白云质灰岩，划分为Paroistodus originalis—Serratognathus chuxianensis带和Serratog nathusdiversus—Paroistodus proteus 带两个牙形石带[11]。

图1 化石发现点位置图及岩性柱

2 化石形态及埋藏特征

位于巴楚县东北部图木舒克市附近的一处剖面上，出露部分岩性为灰色厚层状泥晶灰岩及生物碎屑灰岩的岩层，有明显生物作用，中间穿插有硅质透镜状条带，大小不一。1991年张师本等人对该处地层进行描述，将其划分为丘里塔格群上亚群[12]。此处剖面中产有大小均一的腹足类化石，多嵌入层状生物礁中，种类单一，数量较多，壳体较为完整，化石基本为壳顶朝上，或略微斜上埋藏于地层中，可将其划分为原地埋藏，周围有棘皮碎屑，牙形石等。此部分地层与东南部大坂塔格地层不一致，但腹足类化石相似程度比较高，见图2—图5。

图2 化石发现地层野外照片

图3 鹰山组腹足类化石图片

图4 一间房组苔藓虫化石图片

图5 一间房组化石图片

本次研究的鹰山组地层出露部分为50 m，以白云质灰岩为主，地层中产一属一种腹足类化石Liospira biconvexa.，丰度较高。化石基本都被白云石化，大小均一，呈中等凸起的圆形，直径在2～4 cm，高为3 cm左右，壳体表面比较光滑，有4个逐渐变大的螺环组成，螺环上侧面较为狭圆，脐孔几乎全为壳质包裹。由于化石经过强置换作用化石细微构造没有保存，仅保存外部形态，化石的内外唇、壳口、侧面特征及内部结构不详。化石保存为壳顶指向上、斜上，壳顶朝下等多种保存状态。与上述地层腹足类化石保存方式不同，此地发现的螺壳保存完整程度不佳，仅个别保存完好，其余多为碎壳，周围不见其他化石仅存在一些棘皮碎屑（图3a-图3d）。

一间房组地层野外出露5 m，岩性比较单一，为一套深灰色灰岩，向西北方向有生物礁出现，上部为紫红色泥质灰岩。苔藓虫化石Batostoma sp.集中出现在一间房组下段，呈水平分布。化石硬体呈盘状、块状，口室直径在1～3 mm，呈圆角六边形，排列不规律，外带较窄，中间区体壁较薄，向外体壁变厚，本属种的一大特点为间隙孔甚少。从野外的埋藏特征来看其外形多为近似球状，成簇出现，从横切面看内部结构重结晶严重，其虫室和内带构造不可见（图4a-图4h）。另外产苔藓虫化石的地层中产种类丰富的头足类，具体有以下分子：叶松卷角石（比较种）Aphetceras Lobatum cf.一件（图5c），栉角石（未定种）Cetnoceras Noetling sp.一件，双房角石（未定种）Dideroceras sp.两件（图5a-图5b）。地层中还发现部分三叶虫，托盘类（图5d），其化石密度不大。

3 讨论

3.1 腹足类化石分布成因及意义

研究区鹰山组地层为浅水碳酸盐岩沉积，其中发现的Liospira biconvexa.同样大小的个体埋藏在一起，分选性较好（图3），碎壳和其他生物碎屑为在强水流冲刷或远距离运输过程中发生破碎导致。且化石埋藏形态多样，为典型的异地埋藏特征。上述化石埋藏特征均表示当时台地水流的比较湍急。早奥陶纪沿袭了寒武纪海进过程，一直持续到中—晚奥陶纪达到顶峰[13]，此次鹰山组发现的生物碎屑滩也证实了这一点。通过与现代海洋生物对比发现，古海洋深水区域底栖的腹足类生物普遍偏小，本次发现台地上的腹足类也为2～3 cm的小形圆壳形状，生前应生活在水位较深地区，且在距离该地层不远的生物礁中也发现类似腹足类化石，大小与之一致，但此处地层为深灰色灰岩和透镜状生物礁，为较深的水域沉积特征，依据张师本等[14]对该套地层时代的厘定，应为一间房组下段。前人的研究也证明塔里木盆地奥陶纪生物礁的附礁生物以腹足类为主，由此推测，鹰山组中发现的腹足类化石为台地边缘生物礁死去的腹足类螺壳被高能海水携带到开阔台地上沉积下来。

3.2 苔藓虫化石指示的生态意义

苔藓虫为一类固着生物，附着于较硬的底质上，不同的生存环境对其形状和分布状况有影响。苔藓虫对于温度及海水的适应性较强，其生活纬度较广从赤道到两极均有分布[15]，由图6可知奥陶纪时期赤道穿过塔里木盆地，巴楚地区发现的苔藓虫应为喜温性物种，属种组成单一，但相对丰度高。通过比较，研究区发现的属种在北美、西伯利亚、乌拉尔山、西欧、中国湖北均有分布，古地理上形成一个温带、热带海域的纬度梯度，时间跨度从早奥陶纪到晚志留纪地层中均有其身影[16]。本研究采集的化石硬体结构多为块状、圆球状和壳状（图4a-图4d），说明当时海水比较湍急，浪击频繁，水体清澈。化石整体分异程度不高，指示当时海水盐度适中。底质对于苔藓虫的生长和发展也是一个重要的因素，从图4g看出，其生长以其本身硬体为底质，多个个体聚集发展，图4h是以吸附灰泥为底质，上述固着生长特点为抵抗浪击的特征，且其自身不断向上发展累积成礁，发展动力应为水中浮游生物和阳光，生长在水下1～5 m[17]，这种现象在热带水域非常明显。从产于附近的其他种类生物来看，栖息在此处的生物有附礁生存的腹足类，游觅在海平面以下的头足类，以及其他一些造礁的托盘类和海百合，均指示盐度正常、清澈，光线条件好的的浅水环境，组成以Batostoma为优势分子的群落生境类型，该类型与肖传桃等[18]1993年报道的江汉平原隆礁生态系统比较相似，此类型应为台地边缘礁丘式生态系统（图6b）。